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Strömungsdaten für Schiffsführungssimulation in der WSV: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 16. Juni 2014, 08:58 Uhr

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Bereitstellung von Strömungsdaten zur Schiffsführungssimulation der Revierfahrt auf den Seeschifffahrtsstraßen des Bundes

Auf diesen Seiten finden Sie Hinweise zu hydrodynamisch-numerisch modellierten Strömungsdaten in den Revieren der deutschen Seehafenzufahrten im Zuständigkeitsbereich der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV).

Zur Aus- und Weiterbildung für die Revierfahrt des Schiffsführungspersonals ist die Verwendung von Schiffsführungssimulatoren Stand der Technik. Bei der Revierfahrt in den Seeschifffahrtsstraßen treten aufgrund der Strömungsverhältnisse komplexe Wechselwirkungen zwischen Schiff und Wasserstraße auf. Daher ist die Verwendung von aktuellen Strömungsdaten in der Schiffsführungssimulation als ein Aspekt der Qualitätssicherung zu sehen und wird von der WSV empfohlen. Da die Bundesanstalt für Wasserbau Abteilung Wasserbau im Küstenbereich als zentrales fachwissenschaftliches Institut für alle Seehafenzufahrten aktuelle hydrodynamisch-numerische (HN) - Modelle für wasserbauliche Systemstudien vorhält, können die berechneten Strömungsdaten untersuchter Referenzzustände für die Ausbildung in der Schiffsführungssimulation bereitgestellt werden.

Die im Folgenden zur Verfügung stehenden Daten sind Ergebnisse einer hydrodynamisch-numerischen Modellierung charakteristischer Systemeigenschaften des Gewässers. Die Animation illustriert den Zyklus einer Tide mit der typischen Zeitabhängigkeit der Strömungsbedingungen.

Stroemungsdaten schiffsfuehrungssimulation animated Tide.gif

Die Modellierung der Systemeigenschaften beruht auf der dreidimensionalen Lösung der Navier-Stokes Gleichungen. Das derzeit an der BAW für solche Untersuchungen am häufigsten eingesetzte Löser-Paket UNTRIM2007 löst die Navier Stokes Gleichungen durch ein gemischtes Finite Differenzen / Finite Volumen Verfahren und ist auf die Modellierung großskaliger Transportvorgänge in Ästuaren und Tidegewässern optimiert. Als primäre Berechnungsergebnisse stehen der Wasserstand, die Strömungsgeschwindigkeit, Substanzkonzentrationen (Salz, Sediment, ... ), die turbulente kinetische Energie und der hydrodynamische Druck zur Verfügung. Die Rechenergebnisse werden durch Randwerte aus Messungen in der Natur gesteuert und anhand von punktuellen Kontrollwerten (in der Regel der Wasserstand an Pegelorten) kalibriert und verifiziert. Es liegt in der Natur der verwendeten Verfahren, dass eine räumliche Mittelung (Zellvolumen) vorgenommen wird und nur zeitliche Mittelwerte (Reynoldsmittelung) zur Verfügung stehen. Diese Mittelwertbildung bedingt, dass kleinskalige lokale Effekte (räumlich und zeitlich) meist in den den Berechnungsergebnissen nicht auftreten. Weitere Informationen zu den eingesetzten Methoden und Mathematische Verfahren finden Sie auf den Methodenseiten im Internetauftritt der BAW oder hier im BAWiki.

Die dreidimensionalen Berechnungsergebnisse werden derzeit anschließend für jede Position tiefengemittelt und flächenhaft im sogenannten DHI-Format aufbereitet. Es ist ebenfalls möglich, das DHI-Format um weitere Datenreihen (Wasserstand, Salzgehalt, Geschwindigkeitskomponenten anstatt der Kompassnotation) ergänzt zur Verfügung zu stellen.

Zusätzlich werden zukünftig die dreidimensionalen Berechnungsergebnisse vollständig (alle Schichten ohne Tiefenmittelung) zur Verfügung gestellt. Hierfür werden die binären Rohdaten in eine sogenannte Direktzugriffsdatei gepackt (Format NetCDF, Namenskonvention CF (Climate and Forecast). Die seit 2010 entwickelte BAW-Ausprägung einer NetCDF-Datei wird als Datei des Typs CF-NETCDF.NC bezeichnet. Viele der gebräuchlichen Visualisierungsprogramme können NetCDF-Dateien einlesen. Konvertierprogramme sind ebenfalls verfügbar.

Aus den berechneten Referenzzuständen der HN-Modellierung wird eine Tide ausgewählt, die den charakteristischen Systemeigenschaften entspricht und die bei ähnlichen Niedrigwasserständen beginnt und endet, damit die Strömungsdaten in einer Simulation zyklisch verwendet werden können.

Bei der Verwendung der Strömungsdaten ist unbedingt zu beachten, dass sich aufgrund der Modellannahmen und der verwendeten Modelltopographie sowie der örtlichen und zeitlichen Auflösung der Daten Einschränkungen in der Verwendung der Strömungsdaten ergeben können. Daher wird bei der Verwendung der Daten für eine Schiffsführungssimulation eine Kontaktaufnahme mit der BAW in Hamburg empfohlen.

Das folgende Beispiel einer Schleusenzufahrt zeigt, dass bereits kleine geometrische Änderungen im Untersuchungsgebiet zu nautisch relevanten Abweichungen der Strömungsbedingungen führen können:


Stroemungsdaten schiffsfuehrungssimulation schleusenzufahrt.gif

Haftungsausschluss: Haftungsansprüche gegen die BAW, die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art 
beziehen, welche durch die Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Informationen, Programmen etc.,
bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und unvollständiger Informationen verursacht wurden,
sind grundsätzlich ausgeschlossen, sofern kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässiges
Verschulden unsererseits vorliegt.



Derzeitig verfügbare Daten:



Hinweis: Zugang zum FTP-Server bekommen Sie auf Anfrage (wasserbau-kueste@baw.de)
Strömungsdaten deutscher Seeschifffahrtsstraßen
Deutsche Bucht
Revier Stand
Ems
Unterems 2005 (1)
Außen-Ems 2005 (1)
Jade
Jade char. Tidehub 2012
Jade hoher Tidehub 2012
Bremerhaven-Bremen
Hunte 2009 (4)
Weser (Unter- bis Außen) 2002 (3)
Elbe
Unterelbe 2006 (2) 2010
Außen-Elbe 2006 (2) 2010
Deutsche Ostseeküste
Revier Stand
Wismar Seehafenzufahrt 2005
Rostock Seekanal 2005


Details:
(1):
Herbrum (Wehr und Schleuse bis Nordsee (EKM-107)
Jahrestopografie 2005, Simulationszeit Mai 2005
Unregelmäßige Auflösung 1000 m (Seerand) bis 10 m (Fahrrinne DEK)
Flächenhafte Daten (2D tiefengemittelt) alle 10 min vom 15.05.2005 18:50 bis 30.05.2005 18:40
Berechnungsverfahren: UnTrim 2007 mit hydrostatischer Druckapproximation
(2):
Elbe, Wehr Geesthacht bis Bake A (Deutsche Bucht)
Jahrestopografie 2006, Simulationszeit Juni 2006
Unregelmäßige Auflösung Unterwassergeometrie 1175 m (Seerand) bis 0,45 m (Nebenfluss, Lühe)
Flächenhafte Daten (2D tiefengemittelt) alle 10 min vom 01.06.2006 0:00 bis 30.06.2006 24:00
Berechnungsverfahren: UnTrim 2004 (02.10.2008)
(3):
Weser, Bremen bis Nordsee (Deutsche Bucht)
Jahrestopografie 2002, Simulationszeit Juni 2002
Unregelmäßige Auflösung Unterwassergeometrie 845 m (Seerand) bis 15 m (Unterweser)
Flächenhafte Daten (2D tiefengemittelt) alle 10 min vom 31.05.2002 0:00 bis 30.06.2002 24:00
Berechnungsverfahren: UnTrim 2007
(4):
Hunte, Oldenburg bis Huntemündung in Weser bei Elsfleth
Topographie 2009, Simulationszeit Mai 2009
Unregelmäßige Auflösung Unterwassergeometrie ca. 30 m (Teilstück Weser) bis ca. 4 m (Hunte)
Flächenhafte Daten (2D tiefengemittelt) alle 10 min vom 11.05.2009 10:20 bis 11.05.2009 22:50
Berechnungsverfahren: Untrim 2004




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